脐橙皮衍生金属(氢)氧化物改性生物炭同步富集氮磷及土壤镉固定化研究

为解决水体富营养化与土壤重金属污染问题，研究人员通过金属(氢)氧化物改性脐橙皮生物炭（COP），开发出可同步吸附NH4+/NO3?/PO43?的复合材料COP@MA与C-OP@MC，其NP富集后显著降低土壤Cd生物有效性，为农业废弃物资源化与污染协同治理提供新策略。

　　

随着全球人口激增，农业系统中过量施用的氮(N)磷(P)肥料通过径流进入水体引发富营养化，而土壤镉(Cd)污染则威胁粮食安全。传统治理方法往往割裂这两大环境问题，如何通过资源化手段实现污染协同控制成为研究热点。江西理工大学（Jiangxi University of Science and Technology）的Wuhui Luo团队创新性地利用中国赣州特产脐橙加工废料——脐橙皮(OP)，通过金属(氢)氧化物改性其热解生物炭(COP)，构建了兼具N/P吸附与Cd固定化功能的双效材料，相关成果发表于《Journal of Environmental Management》。

研究采用批式吸附实验评估12种改性复合材料在NH₄⁺-NO₃^?-PO₄^3?体系中的吸附性能，结合X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析机制；通过浸出实验和绿豆栽培试验验证NP富集后材料对土壤Cd形态转化及植物累积的影响。

关键发现

1. 材料筛选与吸附特性
   MgAl层状双氢氧化物(COP@MA)在NO₃^?-H₂PO₄^?体系中表现最优，而热解MgCa负载材料(C-OP@MC)对NH₄⁺-H₂PO_{4^?的吸附量达110 mg-N/g和280 mg-P/g，高浓度下通过鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)沉淀实现超常吸附。}

2. 抗干扰性能
   PO₄^3?因内层络合作用对共存离子稳定，而NH₄⁺/NO₃^?吸附受离子竞争抑制，Al³⁺掺杂显著提升NO₃^?选择性。

3. 土壤Cd固定化
   NP富集的COP@MA和C-OP@MC将土壤酸可溶态Cd转化为残渣态，绿豆生物量增加37%且Cd积累量降低52%，证实其兼具肥效与钝化功能。

结论与意义
该研究首次将脐橙皮废料转化为多功能环境修复材料，通过金属(氢)氧化物改性策略突破生物炭对阴离子污染物吸附受限的瓶颈。其中Mg/Ca-Al协同作用机制为后续改性设计提供理论依据，而"废水NP回收-土壤Cd固定"的闭环模式为农业废弃物高值化利用与复合污染治理树立典范。研究团队特别指出，基于区域特色生物质资源的定制化开发，可显著降低治理成本，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的清洁水与土壤保护具有实践价值。